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Reaktionsgleichungen undwas dahinter steckt

© H. Wünsch 2009

Modul 7© H. Wünsch 2009

Reaktionsgleichungen 2

Prinzipien

• Bestehende Formeln dürfen nicht verändert werden.• Bei Redoxreaktionen kann H+, OH– oder H2O ergänzt werden.• Links und rechts vom Reaktionspfeil muss die Anzahl der Teilchen

einer Atomsorte gleich sein („Reaktionsgleichung“).• Der Ausgleich wird durch Koeffizienten vor den Teilchen

herbeigeführt.• Der Ausgleich sollte bei den Atomen beginnen, die links und rechts

jeweils nur in einer Teilchensorte vorkommen.

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Verbrennung von Kohlenstoff

• Kohlenstoff reagiert mit Sauerstoff zu Kohlendioxid:• C + O2 → CO2

• Keine Korrektur notwendig, links und rechts vom Reaktionspfeilstehen die gleichen Anzahlen von Atomen der selben Sorte.



Knallgasreaktion

• Wasserstoff und Sauerstoff reagieren zu Wasser:• H2 + O2 → H2O• Sauerstoff steht links zweimal, rechts nur einmal, daher schreibt

man eine 2 vor das Wasser:• H2 + O2 → 2 H2O• Rechts stehen nun vier Wasserstoffe, also kommt eine 2 vor das

Wasserstoffmolekül:• 2 H2 + O2 → 2 H2O

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Verbrennung von Erdgas

• Methan reagiert mit Sauerstoff („es verbrennt“) zu Kohlendioxid undWasser:

• CH4 + O2 → CO2 + H2O• Wasserstoff links 4-mal, rechts 2-mal; also kommt eine 2 vor das

Wasser:• CH4 + O2 → CO2 + 2 H2O• Sauerstoff steht jetzt rechts 4-mal, also muss links eine 2 vor den

Sauerstoff:• CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O



Ammoniak-Synthese

• Stickstoff und Wasserstoff reagieren zu Ammoniak:• N2 + H2 → NH3

• Links kommt Stickstoff 2-mal, rechts 1-mal vor. Also wird eine 2rechts vor das Ammoniak geschrieben:

• N2 + H2 → 2 NH3

• Rechts stehen nun 6 Wasserstoff, links nur 2; also kommt eine 3links vor den Wasserstoff:

• N2 + 3 H2 → 2 NH3

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„Leuchten“ von Phosphor

• Weißer Phosphor leuchtet im Dunkeln, hierbei verbrennt Phosphorzu Diphosphorpentoxid:

• P + O2 → P2O5

• Sauerstoff kommt links 2-mal vor, rechts 5-mal; gesucht wird daskgV von 2 und 5. Also kommt eine 5 links vor den Sauerstoff undeine 2 vor das Oxid rechts:

• P + 5 O2 → 2 P2O5

• Phosphor kommt jetzt rechts 4-mal vor, also wird links entsprechendergänzt:

• 4 P + 5 O2 → 2 P2O5



Verbrennung von Ammoniak

• Ammoniak wird unter bestimmten Bedingungen zu Stickstoff(II)-oxidund Wasser verbrannt:

• NH3 + O2 → NO + H2O• Die Korrektur erfolgt zunächst über Wasserstoff:• 2 NH3 + O2 → NO + 3 H2O• Dann wird Stickstoff korrigiert:• 2 NH3 + O2 → 2 NO + 3 H2O• Sauerstoff steht links 2-mal, rechts 5-mal, korrigieren mit 2,5:• 2 NH3 + 2,5 O2 → 2 NO + 3 H2O• „Halbe“ Moleküle gibt es nicht, daher wird alles verdoppelt:• 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O

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Stoffumsatz bei Reaktionen

• Einsichtig: Jede Reaktion ist mit einem Stoffumsatz verbunden:• Beispiel Grillen (also Verbrennung von Holzkohle): Eine Tüte

Holzkohle enthält 2,5 kg davon, zum Grillen wird diese angezündet.• Glühende Holzkohle liefert die benötigte Wärme, zurück bleibt etwas

Asche, die man auswiegen kann.• Außerdem entsteht CO2, eine Gas, das man so einfach nicht wiegen

kann.• Verbraucht wird Sauerstoff, ebenfalls ein Gas; Problem s. CO2.



Masse von Atomen

• Jedes Atom hat eine bestimmte Masse,• diese ist aber sehr klein.• Ein Kernteilchen hat die Masse von ca. 1,66·10–27 kg.• Dies ist ein unpraktische Größe und wurde mit der Einheit u

ausgedrückt. Es gilt: 1,66·10–27 kg = 1 u• Die Atommasse wird in Vielfachen von u angegeben, Beispiele:• H: 1 u; He 4 u; C 12 u• Im PSE stehen Atommassen mit Nachkommastellen, Grund:• Viele Elemente haben Isotope, d. h. bei gleicher Protonenzahl sind

im Kern unterschiedliche Anzahlen von Neutronen.• Daher steht im PSE ein Mittelwert aller in der Natur vorkommenden

Isotope, z. B. Chlor mit 35,5 u.

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Stoffmenge (n), Molmasse (M)

• Die Angabe der absoluten Teilchenzahl ist unsinnig, da die selbstbei kleinsten Stoffportionen sehr groß ist.

• Neue Einheit Mol, die eine sehr große Teilchenanzahl zusammen-fasst:

• 1 mol = 6,023 ·1023 Teilchen derselben Sorte (Atome, Moleküle,Ionen). Diese Zahl nennt man auch Avogadro-Konstante NA.

• Die Masse, die NA Teilchen besitzen, nennt man Molmasse:• Molmasse = Masse/Stoffmenge oder M = m/n (g/mol)• Die Molmasse einer Atomart entspricht zahlenmäßig genau der

Atommasse.• Die Molmasse einer Verbindung ist die Summe der Molmassen aller

beteiligten Atome.



Molvolumen Vm (L/mol)

• Satz von Avogadro: Gleiche Volumina von Gasen enthalten beigleichen äußeren Bedingungen die gleiche Anzahl von Teilchen. EinMol jedes Gases besitzt somit immer das gleiche Volumen.

• Bei Zimmertemperatur und Normaldruck spricht man vom molarenNormvolumen.

• Vm = 22,414 L

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Beispiele

• M(C) = 12 g = 1 mol C• M(H2O) = 2 g + 16 g = 18 g = 1 mol H2O• 9 g H2O = 0,5 mol H2O• M(CO2) = 12 g + 32 g = 44 g = 1 mol CO2 = 22,414 L CO2

• 1 L CO2 besitzt also eine Masse von 1,96 g



Molzahlen bei Reaktionen

Bei Reaktionen oder beim Lösen von Stoffen in Wasser kann sich dieAnzahl der vorhandenen Teilchen ändern.Beispiel:

Vergleich:

2 Räder+1 Rahmen→1 Fahrrad

2 Mol Cl–+1 Mol Ca2+→1 Mol CaCl2

2 Cl–+Ca2+→CaCl2

⇒ In diesem Beispiel entstehen durch Lösen in Wasser aus 1 MolVerbindung 3 Mol Ionen, in der Lösung befinden sich 1 Mol Calcium-Ionen und 2 Mol Chlorid-Ionen.

3 Mol Ionen

3 verschiedene Teile

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Molarer Formelumsatz

• Bei der letzten Zeile spricht man vom molaren Formelumsatz.• Anders ausgedrückt:• 1 mol Stickstoff reagiert mit 3 mol Wasserstoff zu 2 mol Ammoniak.

oder• 28 g Stickstoff reagieren mit 6 g Wasserstoff zu 34 g Ammoniak.

oder• 22,414 L Stickstoff reagieren mit 67,242 L Wasserstoff zu 44,828 L

Ammoniak.

34 g=6 g+28 g2*17 g=3*2 g+28 g

2 NH3→3 H2+N2



Beispiel Knallgasreaktion

• Bei dieser Reaktion entsteht aus gasförmigen Reaktanten (Edukten)ein flüssiges Produkt, Wasser.

• Hierdurch ergibt sich eine gewaltige Volumenkontraktion beiZimmertemperatur.

36 mL⇒22,414 L+44,828 L36 g=32 g+4 g

2 H2O(l)→O2(g)+2 H2(g)

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Herstellung von Eisen(II)-sulfid

• Frage: Wie viel Eisen(II)-sulfid erhält man, wenn nur 20 g Eisen zurVerfügung stehen?

• Da das Gesetz der konstanten Proportionen immer gilt, kann maneine einfache Verhältnisrechnung anstellen:

87,9 g=32,1 g+55,8 gFeS→S+Fe

oder20 g

55,8 gFe

++

32,1 gS

=→

x g87,9 gFeS



Herstellung von Wasserstoff im Labor

Frage: Wie viel Liter Wasserstoff erhält man, wenn 15 g Zink mitausreichender Menge Salzsäure reagieren?

Anders ausgedrückt: Mit 65,4 g Zink und genügend Chlorwasserstoffkann man 22,414 L Wasserstoff herstellen. 15 g Zink ergeben dannproportional dazu weniger Wasserstoff.

x L22,414 L

H2↑+

→15 g

→65,4 gZnCl2→2 HCl+Zn

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Zum Rechnen• Wie viel Gramm Calciumhydroxid reagieren mit 15 g Phosphorsäure

zu Calciumphosphat und Wasser?• Wie viel Gramm Kaliumhydroxid sind notwendig, um 200 g

Salzsäure zu neutralisieren? Reaktionsgleichung?• Setzt man Wismut (Bi) mit konzentrierter Salpetersäure um, so

entsteht Wasser, Wismut(III)-nitrat und Stickstoffmonooxid.Wie viel Gramm Wismut(III)-nitrat erhält man, wenn 5 g Wismutumgesetzt werden?

• Kochsalz und konz. Schwefelsäure reagieren u. a. zuChlorwasserstoff.Welche Verbindung entsteht weiterhin?Wie viel Liter Chlorwasserstoff entstehen beim Einsatz von 25 gNatriumchlorid und Schwefelsäure im Überschuss?

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